丧1-3我国部分城市的降尘量 单位:t(km2,月) 地 北京 西安 沈阳 鞍钢厂区本钢厂区」北方城市南方城市 (1978)1981 (30.0) (29.2) (50.6) (534) (900) 1995 19.0 24.7 10.2 表1-41995年我国部分城市大气监测结果 单位:mgm3 污染物地区 质量浓度范图 年日平均质量浓度超标城市数(%) 标准质量浓皮 北方 0.149-0.732 0.392 0.0550.543 0.242 25,0 O 北方 0.005~0.211 0,081 11.4 0.002-0.424 0.080 9,1 0.017~0.123 0.053 0.012~0.129 0.041 2.3 比较上述有关资料,可以看出,我国城市大气污染物中,降尘和总悬浮微粒有所降低,二氧化 硫和氮氧化物等变化不大。但是,局部地区出现酸爾,据1994年73个城市统计,降水p年平 均值范围为3.94~7.63,低于5.6的占49.3%。赣州、长沙等12个城市酸雨出现率达70%以 上 在我国的能源结构中,煤约占70%,所以大气污染物主要是TSP和SO2等,属“煤烟型”污 染。20世纪80年代以后,烟尘等治理取得了一定成绩,“黑龙”基本不见了,但对SO2、NO2等污 染物的控制到90年代也未取得明显效果。目前,我国的大气环境质量虽然没有随着国民经济的 发展按比例恶化,但是污染状况仍相当严峻,不容乐观,环保工作任重道远,,必须继续努力,做艰 苦细致的工作。 三、当代世界面临的主要大气环境问题 发达国家的环境质量20世纪70年代后期已有所改善。我国的环境质量也没有随国民经济 的发展速度而恶化,环境污染得到一定控制。但是,当代世界仍面临人口膨胀资源枯竭生态破 坏和环境污染等问题。就大气环境污染而言,主要是全球性的温室效应、酸雨和臭氧洞等问题。 (一)温室效应 随着大气中某些痕量气体含量的增加,引起地球平均气温升高的现象,称为温室效应。这类 痕量气体,称为温室气体,主要有CO2、CH4、O3等,其中尤以CO2的温室作用最明显。 CO2等产生温室效应的机理,普遍认为与CO2等温室气体的物理性质有关。这些气体对来 自太阳的短波辐射具有高度的透过性,但能吸收地面的长波辐射。CO2的强吸收带在12.5 17.0pm之间,其他温室气体的吸收带大多在70-13.0m范国内。由于CO2等温室气体的含 量在大气中的增加,使大气层吸收地面的长波辐射能力增强,导致大气层温度升高,气候变暖,形
成温室效应。 众所周知,燃料燃烧的主要产物是CO2,随着世界人口的增加和经济的迅速发展,排入大气 的CO2愈来愈多。据估算,过去100年通过燃烧排入大气的CO2约为4.15×10t,使大气中 CO2含量增加了15%,使全球平均气温上升083℃。该数字与百年来全球气温升高记录接近。 有人估计,按照目前化石燃料用量的增加速率,大气中的CO2将在50年内加倍,使中纬度地面 温度升高2~3℃,极地升高6~10℃。果真如此,温室效应将给人类的生态环境带来难以预测的 后果。尽管温室效应不是气候变化的唯一因素,也有人对温室效应提出种种疑问,但CO2等气 体浓度的增加是背定的,温室效应已引起国际社会的普遍关注。 (二)酸雨 酸雨是pH值小于5.6的雨、雪或其他形式的大气降水(如雾、露、霜),是一种大气污染现 象。空气中CO2的平均质量浓度约为621ngm3,此时被CO2饱和的雨水pH值为56,故清洁 的雨、雪、雾等降水呈弱酸性。由于人类活动向大气排放大量酸性物质使降水pH值降低,当 p<5.6时便发生了酸雨 形成酸雨的主要污染物是SO2和NO2等。以SO2为例,大量SO2进入大气后,在合适的氧 化剂和催化剂存在时,就会发生化学反应生成硫酸。在干燥条件下,SOh被氧化成SO3的反应十 分缓慢;在潮混大气中,SO2转化成硫酸的过程常与云雾的形成同时进行,SO2首先生成亚硫酸 (H2S∞O),而后在铁、锰等金属盐杂质催化下,被迅速氧化为H2SO4 酸雨的主要危害是破坏森林生态系统和水生态系统,改变土壤性质和结构,腐蚀建筑物,损 害人体呼吸道系统和皮肤等。酸雨在世界上分布较广,可以飘越国境影响他国。最早深受酸雨 之害的是瑞典和擲威等国家,而后是加拿大和美国东北部,我国华南等地区也出现了酸雨。酸雨 是国际社会关注的重要环境问题,我国正积极采取控制措施,规划酸雨控制区,控制SO2排放总 量等。 (三)臭氧层被破坏 臭氧是大气中的微量气体之一,主要浓集在平流层20~25km的高空,该层大气也称臭氧 层。臭氧层对保护地球上的生命,调节气候具有极为重要的作用。但是,近几十年来,由于出现 在平流层的飞行器逐渐增多,人类生产和使用消耗臭氧的有害物质增多,导致排入大气中的 NOx、氯氟烃等增多,使臭氧层遭到破坏。以氯氟烃为例,它在对流层内性质稳定,进入平流层 后,易与桌氧发生反应消耗臭氧使臭氧层中O浓度降低。 臭氧层被破坏的危害有以下几点:①臭氧层破坏使大量紫外线光辐射到地面,危害人体健 康。有人估计,臭氧层O)3体积分数减少1%,地面紫外线光辐射增加2%,使皮肤癌发病率增加 2%~5%。②臭氧减少会使白内障发病率增高,并对人体免疫系统功能产生抑制作用。③紫外 光辐射增大,也会对动、植物产生影响危及生态平衡。臭氧层破坏还将导致地球气候异常,带来 灾害。防止臭氧层破坏已成为全世界关注的问题,受到科学界和各国政府的高度重视。《保护臭 氧层维也纳公约》《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》等国际法律文件,都是为保护臭氧 层制定的。我国非常重视臭氧层保护工作,已签署了有关文件 除温室效应,酸雨和臭氧洞等全球性的大气污染之外,由于汽车数量的迅速增加,NO2、CH、 苯并(a)芘和Pb等污染也是不可忽视的当代大气污染问题
第三节大气污染源及主要污染物 、大气污染源 大气污染源通常是指向大气排放出足以对大气环境产生有害影响的有毒或有害物质的生产 过程、设备或场所等。按污染物质的来源可分为天然污染源和人为污染源。天然污染源指自然 原因向环境排放污染物的地点或地区,如排出火山灰、SO2、HS等污染物的活火山,自然逸出瓦 斯气和天然气的煤田和油气井,发生森林火灾、风和海啸等自然灾害地区等。人为污染源系指 人类生活和生产活动形成的污染源。 人为污染源有多种分类方法,按污染源空间分布可分为:点污染源,即污染物集中于一点或 相当于一点的小范围发生源,如工厂的烟囱等;面污染源,即在相当大的面积内有多个污染物发 生源,如居民区的炉灶等;区域性污染源,即更大面积范围内,甚至超出行政区或国界的大气污染 物发生源。另外,还有高架点源,低架点源和复合污染源等提法。按人们的社会活动功能,可将 人为污染源分为生活污染源、工业污染源及交通污染源 (1)生活污染源人们由于烧饭、取暖、沭浴等生活需要,燃烧化石等燃料向大气中排放烟 气而造成大气污染的污染源,如炉灶,民用锅炉等。这类污染源因分散于整个居民区,往往构成 面污染源。 (2)工业污染源火力发电厂、钢铁厂、化工厂及水泥厂等工矿企业生产和燃料燃烧过程中 所排放的煤烟、粉尘及无机或有机化合物等而造成大气污染的污染源 (3)交通运输污染源汽车和船舶等交通工具排放尾气所造成的大气污染,称为交通运输 污染源。这种污染源因位置是移动的,又称移动污染源或流动污染源。生活污染源和工业污染 源的位置是固定的,故称固定污染源。 大气污染按范围大小可分为四类:①局部地区大气污染,如某个工厂烟囱排气造成的污染; ②区域性大气污染,如工矿区及其附近或整个城市的大气污染;③广域性大气污染,如城市群或 大工业地带的污染;④全球性大气污染,如温室效应、酸雨和臭氧洞等。 主要的大气污染物及其危害 (一)主要的大气污染物 大气污染物系指由于人类活动或自然过程排入大气,并对人或环境产生有害影响的那些物 质。大气污染物种类很多,按其存在状态可概括为两大类,即气溶胶状态污染物和气体状态污染 物 1.气溶胶状污染物 在大气污染中,气溶胶是指细小固体粒子,液体粒子,或固体和液体粒子在气体介质中的悬 浮体系。 按照气溶胶的来源和物理性质,可分为如下几种: (1)粉尘(dust)粉尘指悬浮于气体介质中的小固体颗粒,受重力作用可发生沉降,但在 定的时间内能保持悬浮状态。粉尘通常是由固体物质的破碎、研磨筛分输送等机械过程,或土
壤、岩石的风化等自然过程形成的,其形状往往是不规则的。粉尘粒子的粒径在气体除尘技术 中,一般为1~100m左右。粉尘的种类很多,如粘土粉尘、石英粉尘煤粉、水泥粉尘及各种金 属粉尘等。 (2)烟(fume)姻一般指冶金过程形成的固体粒子的气溶胶。它是熔融物质挥发后生成的 气态物质的冷凝物,生成过程中总是伴随着氧化之类的化学反应。烟粒子很小,一般在0.1 lrm左右。有色冶炼过程中产生的氧化铅烟、氧化锌烟,核燃料后处理中的氧化钙烟等都属于 这一类污染物 (3)飞灰( fly ash)飞灰指随燃烧产生的烟气排出的分散得很细的无机灰分。 4)黑烟( smoke)黑烟通常指燃料燃烧产生的能见气溶胶,是燃料不完全燃烧的产物,除 炭粒外,还有碳、氢、氧硫等组成的化合物。 在某些情况下,粉尘、烟、飞灰和黑烟等小固体粒子气溶胶的界限很难明确分开,特别是在工 程的运用中,也没有严格的规范。根据我国的习惯,一般将冶金过程或化学过程形成的固体粒子 气溶胶称为烟尘;燃烧过程产生的飞灰和黑烟,在不必细分时,也称为烟尘。在其他情况或泛指 固体粒子气溶胶时,则通称为粉尘。 5)雾(og)雾是指气体中液滴悬浮体的总称。气象学中指造成能见度小于1km的小水 滴悬浮体。工程中,雾一般泛指小液体粒子悬浮体,液体蒸气的凝结,液体的雾化等过程都可形 成雾,如水雾、酸雾、碱雾和油雾等 在大气污染控制中,根据大气中颗粒物的大小,还将其分为飘尘、降尘和总悬浮微粒。 飘尘:指大气中粒径小于10m的固体颗粒物。它能长期飘浮在大气中,有时也称浮游粒子 或可吸入颗粒物。 降尘:指大气中粒径大于10m的固体颗粒物,由于重力作用,在较短时间内可沉降到地由 总悬浮微粒(TSP):即总悬浮颗粒物,系指悬浮于大气中粒径小于100pm的所有固体颗粒 物,包括飘尘和部分降尘。 2.气体状态污染物 气体状态污染物是指以分子状态存在的污染物简称气态污染物。气态污染物种类很多,主 要有5类:含硫化合物、含氮化合物、碳氧化合物碳氢化合物及卤素化合物等,如表1-5所示。 表1-5气体状态污染物种类 次污染物 次污染物 含硫化合物 SO2、H2S SO3、H2SO4MSO4 含氮化合物 NO、NH3 NO2、HVO3、MNO3; 碳氧化物 CO, OO 碳氢化合物 醛、酮、过氧乙酰硝酸酯、O 庆素化合物 HF HCI 注:M代表金属离子。 气态污染物还可分为一次污染物和二次污染物。一次污染物,也称原发性污染物系指从污 染源直接排入大气中的原始污染物;二次污染物,也称继发性污染物系指一次污染物进人大气 后经过一系列大气化学或光化学反应生成的与一次污染物性质不同的新污染物。在大气污染中 受到普遍重视的一次污染物主要有硫氧化物、氮氧化物、碳氧化物和碳氢化合物等;二次污染物 主要有硫酸雾( Sulfurous smog)和光化学烟雾( Photochemical smog) II
(1)硫氧化物SO2是主要的硫氧化物,它是大气污染物中数量较大,影响范围广的一种气 态污染物。大气中的SO2来源很广,几乎所有的工业企业都可能产生,但主要来自化石燃料的 燃烧过程,硫酸厂、炼油厂等化工企业生产过程。 (2)氮氧化物氮和氧的化合物形态很多,一般用氮氧化物(NO2)表示。造成大气污染的 主要是NO和NO20NO进入大气后可缓慢地氧化成NO2。大气中存在O2等强氧化剂,或在催 化剂作用下,其氧化速度加快。NO2的毒性约为NO的5倍。NO2参与光化学反应形成光化学 烟雾后,其毒性更大。人类活动产生的NO2主要来自各种炉窑和机动车船排气,其次是硝酸生 产、硝化过程、炸药生产及金属表面处理等过程。其中燃料燃烧产生的氮氧化物约占83%。 3)碳氧化物CO和CO是各种大气污染物中发生量最大的一类污染物,主要来自燃料 燃烧和机动车船排气。CO是一种窒息性气体,进入大气后,由于大气的扩散稀释和氧化作用, 一般不会造成危害。但城市冬季采暖季节或交通繁忙的十字路口,在不利气象条件下,CO浓度 严重超标也是常有的。冬季居室内一氧化碳中毒事例屡见不鲜。 CO2属无毒气体,但局部空气中浓度过高时,使氧气含量相对减少,也会对人产生不良影响。 由于CO2浓度增加而产生的温室效应,已引起世界各国的密切关注。 (4)碳氢化合物碳氢化合物主要来自机动车船排气和燃料燃烧,以及炼油和有机化工企 业等。除甲烷等直链碳氢化合物外,还有芳烃等复杂的有机化合物,多数有毒有害,有的甚至致 癌、致畸,导致遗传因子变异。 5)硫酸烟雾硫酸烟雾是大气中的SO2等硫氧化物在有水雾、含重金属的飘尘或氮氧化 物存在时,经一系列化学或光化学反应而生成的硫酸雾或硫酸盐气溶胶。它引起的刺激作用和 生理反应等危害比SO2大得多。 (6)光化学烟雾光化学烟雾是在阳光作用下,大气中的氮氧化物碳氢化合物和氧化剂之 间发生一系列光化学反应生成的蓝色烟雾(有的呈紫色或黄褐色)。其主要成分有臭氧过氧乙 酰硝酸酯、酮类和醛类等。光化学烟雾的刺激性和危害比一次污染物强烈得多 (二)大气污染物的危害 大气污染物不仅对人体饉康有直接危害,而且对动植物生态系统、建筑物器物也有很大影 响。 1.大气污染物对人体健康的影响 (1)引起急性中毒,直至死亡。如一氧化碳中毒等 (2)使慢性疾病恶化。如慢性支气管炎、支气管哮喘、肺气肿、肺病、肾脏病等病人在受污染 的大气环境里病情会加重 3)引起身体机能障碍,如使肺气肿病人肺部气体交换量减少,血液循环障碍等。 (4)引起癌症。如城市居民肺癌、肝癌等发病率高于农村,就与城市的大气污染有关。苯并 (a)芘是公认的强致癌物,其他芳烃等有机化合物也有不少具有致癌或致畸作用。 (5)引起其他症状,如刺激感官,导致呼吸困难危害心肺肝、肾等内脏器官。 2.大气污染物对动植物的影响 二氧化硫、氟化物和光化学烟雾等能使植物叶子出现明显的伤害,使植物生理活动减退,生 长缓慢,结实减少。城市工矿区排出的有害气体常使附近的农作物、蔬菜减产,使果树、森林、城